为更好地开发海洋石油资源,建设高效海上油气田势在必行。设计出满足水下运行工况的水下生产系统是建设高效海洋油田的必要保障。水下采油树作为水下生产系统的关键设备,其使用时的工作状态决定着整个水下生产系统的运行状态。如何设计出结构更可靠、控制更方便、参数更优化的水下采油树是本论文的研究目的。我所研究的水下全电采油树由采油树本体、水下阀组和执行器、ROV控制盘和采油树导向基座四部分构成。利用强度理论对采油树本体进行校核分析,获得了采油树本体的设计模型。通过对水下阀组和执行器的结构设计和受力分析,得到了新的全电阀门执行器结构。同时结合以往采油树的优势,获得了现有的水下全电采油树设计模型。我采用了一种可以利用AMESim软件模拟采油树回路的仿真方法。利用AMESim软件搭建了采油树回路模型,模型主要包括生产回路、环空回路、药剂注入回路、电液分配器和模拟液力源。通过模拟回路正常工作和阀门故障时的情况,获得了不同工况下采油树回路内各位置的流量及压力变化曲线,并找到了回路中最易受到影响的部位。该仿真方法可以大大减少实验成本,同时,获得的仿真结果也为后续探究实际使用时回路内流量压力变化提供理论依据。我提出了一种用于平衡阀门启闭过程中执行器内压力变化的压力补偿系统。利用Solidworks软件建立了阀门及执行器压力补偿系统内部流道的模型。利用ANSYS软件对模型进行了有限元分析,通过控制变量法获得了不同参数下阀门及执行器压力补偿系统内的压力变化曲线。根据仿真结果实现了对阀门及执行器压力补偿系统模型理论参数的优选,所得到的最终模型在理论上受水击现象影响最小。我利用ANSYS软件对水下全电采油树关键结构模型进行了模态分析。探究了在内外压影响下机械振动对水下全电采油树结构产生的影响,针对其结构薄弱点做了相应的缺陷分析和进一步优化分析。为了解水下全电采油树系统的振动特性、振动故障诊断以及结构动力特性提供了理论依据。